Цифровые счетчики импульсов

Тому що число  комбінацій видаваних лічильником більше 29, те перед виконанням чергового циклу (для автоколебательного режиму) відбувається скидання лічильника.

У висновку хотілося б відзначити, що автомат керування описаний у реалізації реверсивного сдвигового регістра залишається незмінним з невеликими змінами описаними вище. У порівнянні з попередньою реалізацією формування вихідних сигналів Z тут спрощено, тобто вихідні сигнали Z закодовані відповідною числовою комбінацією лічильника.

Вимоги на сигнали C1 і C2  залишаються .

 

3.3.3. Варіант реалізації «Лічильник - комбінаційна схема»

 

Цей варіант є наступним кроком у розробці даного вузла. Як і розглянуті раніше схеми ця схема сильно схожа на попередню, але тут небагато змінився сам принцип розподілу імпульсів. Даний варіант є обраним у якості оптимального тому принцип роботи й конкретна реалізація будуть описані нижче.

 

3.4. Питання формального  синтезу, одержання

таблиць і мінімізація  логічних функцій.

 

Зіставляючи виходам лічильника вихідні сигнали Z одержуємо комбінації ЛЭ для одержання на виході цих сигналів:

Z1=X5X4X3X2X1,X2=X5X4X3X2X1+X5X4X3X2X1, Z3=X5X4X3X2X1+X5X4X3X2X1+X5X4X3X2X1 і так далі.

Сама довга СДНФ містить 4 макстермы, що не становить праці скористатися алгебраїчним методом мінімізації. Виходячи із заданого критерію оптимізації й користуючись основними параметрами цифрових ИС одержуємо, що мінімальний струм споживання в логічних елементів і-не, для однієї ИС складається з 4-х 2-х входовых елементів становить 0,95мА й користуючись раніше нам відомими законами подвійності(теореми де Моргана):

X or Y = X and Y, X and Y = X or Y, одержуємо

Z1=X1X2X3X4X5, Z2=X1X3X4X5, Z3=(X1X2X4X5)&(X1X2X3X4X5), Z4=(X1X2X3X4X5)&(X1X2X3X4X5)&(X1X3X4X5), Z5=(X1X2X3X5)&(X1X2X4X5), X6=(X1X2X3X4X5)&(X1X2X3X4X5)&(X1X2X4X5), X7=(X1X3X4X5)&(X1X2X3X5)&(X1X2X3X4), Z8=(X1X2X34X5)&(X1X2X3X4X5)&(X1X2X3X4X5), Z9=X1X3X4X5, Z10=X1X2X3X4X5.

 

3.5. Вибір найкращого  варіанта реалізації

за заданим критерієм.

 

Намалювавши всі три схеми можна зрівняти отримані результати й вибрати найбільш підходящу за заданим критерієм.

- 18 -

Табл. 6.

Попередній аналіз варіантів.

Варіант	Кількість мікросхем	Значення критерію
Реверсивний регістр Лічильник-Комбінаційна схема  Лічильник-Дешифратор	15 33   19	726мВт   511,4мВт   590,35м

 

З вище проведеного  аналізу треба що найкращим варіантом  за заданим критерієм (мінімум потужності) буде « Лічильник-Комбінаційна схема».

 

- 19 -

 

4. Розробка принципової електричної

схеми вузла.

 

4.1. Розведення ланцюгів живлення і їхня фільтрація.

 

Для більшої  надійності роботи схеми й збільшення завадостійкості напруги живлення використовується спосіб фільтрації за допомогою конденсаторів.

Для фільтрації по шині живлення використовується низькочастотний конденсатор 25 мкФ (З3). А так само ставиться один високочастотний конденсатор 0,47 мкФ на кожні 4-5 корпусів ИС.

Усього їх використовується 7 штук : 2 на 8 корпуси (З4 і З5) і 5 на 25 корпусів, що залишилися (З6 - З10).

 

4.2. Розрахунок параметрів всіх додаткових

елементів схеми.

 

У схемі використовуються резистор R3=1кому для підключення вільних входів схеми до напруги живлення.

Резистори R1, а так само й конденсатори C2 становлять частину генератора й розраховуються в п.7.

У схемі використана  одна RC ланцюжок для початкової установки автомата.

У схемі використана  одна RC ланцюжок для початкової установки автомата. Час заряду ємності до напруги 2,4У повинне бути 100 мс. Час заряду можна розрахувати по формулі:

Із цієї формули (при R2=1кому) знаходимо величину C.

C1=100 мкФ

 

4.3. Докладний опис функціонування

вузла  з використанням тимчасових діаграм.

 

Спочатку  роботи відбувається установка тригера(DD2.1) у низький рівень напруги на прямому виході, що подається на синхронне скидання лічильника(на виході лічильника число нуль і відповідно на виходах Z низький рівень напруги), на дозвіл рахунку через ЛЭ И (дозвіл рахунку відбувається при подачі високого рівня напруги на цей вхід), на тригер (DD2.2) відповідальний за п'ятий розряд і встановлює його прямий вихід у низький рівень, цей рівень надходить на DD6, потім на вхід DD29.2 і на виході з'являється НУН(низький рівень напруги), що проходячи через DD27.5 інвертується, далі через DD31.1 і говорить DD2.1 зберігати поточний стан(НУН).

На вхід завантаження надходить ВУН(високий рівень напруги).

Ці кроки привели систему в стан очікування команди.

При подачі сигналу З1 відбувається завантаження команди в DD1(якщо перша команда це останов, те вона не змінить стан системи).

Розглянемо режими роботи:

Нехай записалася команда режим що чекає - ця команда  не змінить поточного режиму поки не прийде З2.

Нехай прийшов  сигнал З2, він установлює DD2.1 у ВУН, далі ВУН надходить на DD31.2, у якого на 2-м вході ВУН(цей рівень утвориться інвертуванням(DD32.1) вихідного НУН DD29.2. З DD31.2 ВУН надходить на дозвіл рахунку, а з DD32.1 ВУН надходить на вхід завантаження(завантаження відбувається при подачі НУН). Після цих кроків лічильник переходить у режим рахунку.

Тільки  коли лічильник дорахує до 28 на виході DD29.2 з'явиться ВУН, що подається на DD27.5(DD27.4 у режимі, що чекає, видає ВУН), DD31.1 і в підсумку на DD2.1 надходить НУН для установки прямого виходу в НУН, що говорить видати на виході число нуль(це число переводить вихід DD29.2 у НУН і DD31.1 видає ВУН, що не впливає на DD2.1, а DD32.1 на вхід L лічильника подає ВУН).

З DD2.1 НУН надходить  на DD31.2(для заборони рахунку). DD32.1 на виході дає ВУН, що не дає виконати завантаження.

Схема після  цього перейшла в стан очікування команди.

Нехай записалася команда режиму автоколебательного.

5. Аналіз перехідних  процесів і оцінка

граничної швидкодії

 

Для оцінки швидкодії вузла необхідно простежити проходження сигналу по самому довгому ланцюжку мікросхем, що впливають на час затримки вихідних імпульсів. Самим довгим таким ланцюжком виявилася наступна:

DD3, DD29.1, DD2.2, DD6, DD29.2, DD27.5, DD31.1, DD2.1, DD31.2

Тут присутні:

 

Тип і кількість елементів	Час перемикання одного елемента
1 ИЕ18 3 ЛА 1 2 ТМ2 2 ЧИ3 1 ЛА2	24,5 нс 10,5 нс 17 нс 11,5 нс 11 нс

 

- 21 -

 

Через те що вся схема перемикається максимум за 124 нс, те максимальна частота на якій може працювати автомат дорівнює:

F_max=8,065 МГц

 

6. Розрахунок споживаної потужності

 

У схемі  використані наступні елементи:

Використані елементи	Струм споживання одним елементом	Загальний струм споживання
5 ЛА1	0,95 мА	4,85 мА
2 ЛА4	1,4 мА	2,8 мА
1 ЧИ3	2,4 мА	2,4 мА
21 ЛА2	0,63 мА	13,23 мА
2 ТМ2	4 мА	8 мА
1 ИЕ18	21 мА	21 мА
2 ЛП4	25 мА	50 мА

 

Сумарна споживана потужність дорівнює 511,4 мВт при напрузі живлення 5 У (половина логіки враховується в скинутому стані, а половина - у встановленому в одиницю, тобто, наприклад, 2 елементи Й-НЕ споживають 16 мА, а 2 елементи споживають 36 мА. У сумі одержуємо 104 мА).

 

7. Вибір генератора тактових  сигналів (ГТИ)

і розрахунок параметрів його елементів

 

Через те що схема перемикається по наростаючому фронті, то вибрали схему симетричного генератора наступного виду:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

З формул знаходимо: R1=1 кому; C2=100 мкФ.

 

8. Висновок і виводи по проробленій роботі

 

У даній роботі розглядаються 3-і можливих варіанти (існують і інші) реалиации завдання.

Робота зажадала творчого підходу до реалізації кожного  варіанта, зупинимося на обраному варіанті.

Дотримуючись критерію оптимізації (мінімум споживаної потужності) і обмеження на тактову частоту , довелося модернізувати первісну схему (її параметри були такі: Iпот рівнявся 99,63 мА, що менше Iпот выбраннойсхемной реалізації, але обчислена тактова частота виходила за межі припустимого й рівнялася 4,48МГц, що й зажадало внесення змін ):

лічильник ИЕ5(13мА/70нс) і тригер ТВ6(4,5мА/22,5нс) на лічильник ИЕ18(21мА/24,5нс), ТМ2(4мА/17нс).

Спроектований вузол повністю задовольняє технічному завданню.

Даний розподільник імпульсів розроблений на 33-х мікросхемах. Невикористаними залишилися 2-а елементи мікросхеми ЛП4 (DD5.5,6), один елемент ЧИ мікросхеми3 (DD31.3) і один елемент мікросхеми ЛА4(DD33.3).

У розробленому вузлі реалізовано три режими роботи: що чекає, автоколебательный і режим очікування.

Розподільник  має чотири керуючих входу D0, D1, C1 і C2.

Розподільник  не починає нової команди поки не закінчиться виконання серії, запущеною попередньою командою .

Частота видаваних сигналів - 5 Мгц.

Навантажувальна здатність - 20 стандартних елементів ТТЛ.

Максимально можлива частота роботи розподільника - 8,065 Мгц.

 

- 23 -

 

9. Список використаних  джерел

 

1. В.Л. Шило, Популярні цифрові  мікросхеми, Масова радиобиблиотека, М, Радіо й Зв'язок, 1987, 352с.

2. Довідник Інтегральні Мікросхеми, Під ред. Б.В. Табарбина, М Радіо й Зв'язок, 1984, 528с.

3. Електронні довідники Науково-виробничої  фірми « ЗЕЛТЕК».

4. Цифрові пристрої: навчальний посібник, Г.І Пухальский, Т.Я. Новосельцева. - Спб., Політехніка, 1996, 885с.

 

- 24 -

Діаграма 1.

Початок роботи розподільника.

Cген

C1

C2

D0

D1

DD1.1.1    _*

DD1.1.2     _*

DD1.2.1           _*

DD1.2.2         _*

DD3.1

DD3.2

DD7.4

DD5a

DD5b

DD5p

DD7.2

DD4.4

DD8f

DD8g

Z6

Z7

Z9

 

Діаграма 2.

Середина роботи    Закінчення роботи

Cген

C1

C2

D0

D1

DD1.1.1

DD1.1.2

DD1.2.1

DD1.2.2

DD3.1

DD3.2

DD7.4

DD5a

DD5b

DD6.1

DD7.2

DD4.4

DD8f

DD8g

Z6

Z7

Z9

 

 

 

Висновок

 

Цифровий лічильник імпульсів - це цифровий вузол, який здійснює рахунок  надходять на його вхід імпульсів. Результат рахунку формується лічильником в заданому коді і може зберігатися необхідний час. Лічильники будуються на тригерах, при цьому кількість імпульсів, що може підрахувати лічильник визначається з виразу N = 2 ⁿ - 1, де n - число тригерів, а мінус один, тому що в цифровій техніці за початок відліку приймається 0. Лічильники бувають підсумовуючі, коли рахунок йде на збільшення, і відраховуються - рахунок на зменшення. Якщо лічильник може перемикатися в процесі роботи з підсумовування на віднімання і навпаки, то він називається реверсивним.

 

Список використаної літератури

 

1. І.І. Бобров «Імпульсні і цифрові пристрої», Перм 2005р.
2. Довідник «Інтегральні мікросхеми» Б.В. Тарабрін, Л.Ф. Лунін, Ю.М. Смирнов та ін, Радіо і зв'язок, Москва 1984г.
3. У Л. Шило «Популярні цифрові мікросхеми», Радіо і зв'язок, Москва 1987.
4. А.С. Партин, В.Г. Борисов «Введення в цифрову техніку», Радіо і зв'язок, Москва 1987.
5. Б.І. Горошків «Елементи радіоелектронних пристроїв», Радіо і зв'язок, Москва 1988.
6. Методичні рекомендації «Синтез лічильників сигналів» Ю. В. Панов, Т. С. Леготкіна, Перм 1990р.
7. Також використані матеріали сайту www.qrz.ru і електронний «Довідник з цифровим логічним мікросхемах ТТЛ, ТТЛШ, ЕСЛ типів, 1 частина».

Посилання (links):

·  http://www.qrz.ru/  
http://ua-referat.com